CN108667836B - 区块链共识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区块链共识方法，该方法包括：第一验证节点获取至少两个哈希值；基于至少两个哈希值，第一验证节点确定其所存储的当前主数据文件中与至少两个哈希值相对应的数据块；第一验证节点对数据块进行哈希运算，从而确定与当前主数据文件相对应的当前根哈希值；第一验证节点与其余验证节点分别确定当前根哈希值的正确性。该区块链共识方法无需消耗大量CPU计算，同时还能奖惩的方式激励网络的参与者，为区块链数据提供了安全保证。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术，尤其涉及区块链共识方法。
背景技术
区块链是一种结合了分布式数据存储、点对点传输、加密算法、以及共识机制等计算机技术的一种新型分布式***，它由多个参与节点共同维护一套分布式账本，实现了数据信息的防篡改、可追溯等特性，创造了一套安全的分布式信任体系。
区块链中维护一个公开账本需要功能强大、效率高并且安全的共识算法。一个安全稳定的共识算法是区块链中数据保持一致的根本保障。在比特币网络中使用了POW，也称为工作量证明算法，由于这种算法需要消耗大量计算资源，对于电力造成极大的浪费，因此，人们不断的提出各种新的共识算法试图改进它。
到目前为止，除POW之外，主流的区块链共识算法还有权益证明(POS)、委托权益证明(DPOS)、实用拜占庭容错(PBFT)等。
POS全称是Proof Of Stake，它指的是一种对货币所有权的证明，一笔交易所消耗的币龄可被视为POS的一种形式。POS的挖矿由Sunny King在2012年8月发布的PPC(点点币)首先实现。由于POS实际上不需要消耗大量的计算机算力资源，同时又可以取代POW的大部分功能，因此它逐渐成为一种新的共识算法选择。
然而在实际应用中，POW对资源造成大量浪费，而POS虽然不消耗大量资源，但是容易造成寡头的存在，增加了***被攻击的风险。
区块链所涉及的领域非常众多，在不同的领域中根据领域的特点可能需要采用不同的共识算法来达到最大的效益。
发明内容
本发明提供了一种区块链共识方法，所述方法包括：第一验证节点获取至少两个哈希值；基于所述至少两个哈希值，所述第一验证节点确定其所存储的当前主数据文件中与所述至少两个哈希值相对应的数据块；所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算，从而确定与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值；所述第一验证节点与其余验证节点分别确定所述当前根哈希值的正确性。
在一种实施方式中，所述第一验证节点与其余验证节点分别确定所述当前根哈希值的正确性包括：所述第一验证节点向区块链网络广播所述当前根哈希值；并且所述第一验证节点与其余验证节点分别确定所述当前根哈希值是否与历史根哈希值相同。
在一种实施方式中，如果超过指定阈值的验证节点确定所述当前根哈希值与所述历史根哈希值是相同的，则所述第一验证节点生成存在性证明，其中，所述存在性证明用于指示与所述历史根哈希值相对应的历史主数据文件存在于所述第一验证节点中并且所述当前主数据文件与所述历史主数据文件是相同的数据文件。
在一种实施方式中，所述第一验证节点为当前出块轮次的出块节点，并且所有验证节点均可以通过各自的存储出租合约出租相应的存储空间。
在一种实施方式中，所述方法还包括将所述存在性证明保存在区块链账本中。
在一种实施方式中，所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算，从而确定与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值包括：所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算得到与所述数据块相对应的当前哈希值；根据所述当前哈希值计算出与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值。
在一种实施方式中，所述指定阈值为三分之二。
在一种实施方式中，所述历史主数据文件通过梅克尔有向无环数据结构分割成多个数据块存储在相应的验证节点中。
本发明还提供了一种区块链存储方法，所述区块链中包括多个存储节点，所述方法包括：所述多个存储节点接收需要存储数据文件的请求以及存储请求合约；基于存储出租合约与所述存储请求合约来在所述多个存储节点中确定待存储节点，其中，所述多个存储节点基于所述存储出租合约出租相应的存储空间；将需要存储的数据文件存储在所述待存储节点中。
在一种实施方式中，所述方法还包括：所述待存储节点采用梅克尔有向无环数据结构将所述需要存储的数据文件分割成多个数据块进行存储。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时，执行上述方法中的任一项所述的方法。
技术效果：本发明充分利用了普通计算机的硬盘空间和网络带宽，极大的提高网络运行效率和数据的传输；既实现了拜占庭容错又极大的减少了不必要的无效CPU计算和电力消耗；质押存储空间和动态调整投票权的方式可以抵御节点伪造假数据欺骗网络而获得不当得利的行为，保证了整个网络安全运行；节点可以快速的进行随机文件哈希验证，加快了网络验证效率，使得出块速度很快。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的区块链共识方法的流程图；
图2是根据本发明的实施例的节点存储文件的流程图；
图3是根据本发明的实施例的示例性下载文件的流程图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其它实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
首先，对本发明中涉及的一些术语做些说明，区块链上可以包括多种节点，但是本发明针对的是验证节点，本文所涉及节点、存储节点和出块节点均指验证节点，并且都能够通过存储出租合约来出租相应的存储空间以存储相应的数据文件，其中，存储出租合约是指验证节点出租相应的存储空间的约定条款(例如，服务商A想要出租自己的空间，于是给出存储出租合约，规定如下：出租空间：100G；出租单价：1.8元/M；有效时间：20个月等)，并且可以根据节点的特定情况而做出调整。此外，当前主数据文件和历史主数据文件为不同时刻存在于节点中的数据文件，并且本文中历史主数据文件被分割成多个数据块存储在相应的节点后，每个数据块对应于一个哈希值，每个历史数据文件对应于一个历史根哈希值，若通过哈希运算得出的与当前主数据文件相对应的当前根哈希值和与历史数据文件相相对应的历史根哈希值相同，则认为当前主数据文件与历史数据文件为相同的数据文件。本发明的区块链中采用轮次出块的方式，在每一轮次中，依据投票权比重的大小，选出投票权比重最大的节点进行出块并且若获得出块权的节点确实存储了相应的数据文件，则需要对数据文件的存在性进行证明，其中，节点已经出租的并且已经被客户使用的存储空间大小会影响投票权比重的大小。应理解，投票权比重的大小至少基于节点已经出租的并且实际可被用户使用的存储空间大小来确定(例如，存储时间长短也可以影响投票权比重的大小)，可以调整存储空间的大小来改变投票权比重的大小。还应理解，第一个出块轮次，可以随机设定每个节点的投票权比重，例如，所有节点具有相同的投票权比重。然后在后续的出块轮次中，选举出投票权比重最大的节点作为出块节点进行出块并且出块节点存储了相应数据文件时提供存在性证明(POE)，以保证网络稳定运行。
以下结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种区块链共识方法，该方法包括：
在步骤S101中，第一验证节点获取至少两个哈希值。应理解的是，这里所说的第一验证节点是区块链网络中当前轮次的出块节点并且存储了需要进行验证的数据文件，并且该出块节点获取了两个或多个哈希值。
在步骤S102中，基于至少两个哈希值，第一验证节点确定其所存储的当前主数据文件中与至少两个哈希值相对应的数据块。具体地，根据两个或多个哈希值，查找到与该两个或多个哈希值相对应的数据块在第一验证节点中的存储位置，从而找出相应的数据块。
在步骤S103中，第一验证节点对数据块进行哈希运算，从而确定与当前主数据文件相对应的当前根哈希值。具体地，第一验证节点对找出的相应的数据块进行哈希运算，得到与找出的相应的数据块相对应的当前哈希值，进而确定与找出的相应的数据块相对应的当前根哈希值(应理解的是，根哈希值即梅克尔根哈希值)。
在步骤S104中，所述第一验证节点与其余验证节点分别确定所述当前根哈希值的正确性。具体地，第一验证节点向区块链网路广播所确定的当前根哈希值；第一验证节点和其余验证节点分别确定当前根哈希值是否与历史根哈希值相同。
图2是根据本发明的节点存储文件的流程图。
在步骤S201中，服务商A1、A2、A3(或者节点A1、A2、A3)按各自的存储出租合约出租相应的储存空间。
应理解，可以由多个服务商(两个或以上服务商)提供出租的存储空间，服务商和客户均构成区块链中的节点。
还应理解，区块链全网中的所有节点会达成共识，并在区块链账本中记录服务商A1、A2、A3按各自的存储出租合约出租相应的存储空间的信息。
在一个实施例中，服务商A1、A2、A3根据它们出租的储存空间大小抵押相应份额的资产(应理解的是，相应份额的资产可以自定义，例如，1M空间对应人民币1元，如果服务商出租了1G的空间，则需要抵押人民币1024元)，并锁定这些存储空间进行出租。
在步骤S202中，客户C1(或者节点C1)发出需要存储数据文件F1(例如，profile.jpg)的请求，并附上存储请求合约，其中，存储请求合约为客户C1接受存储数据文件的服务的约定条款(例如，客户C1需要租借空间大小：10G，可接受的租借单价：1.5元/M，租借期限：15个月等)。
在步骤S203中，所有服务商分别将客户C1的存储请求合约与自身的存储出租合约进行匹配，确定存储出租合约与存储请求合约相匹配的服务商。
在步骤S204中，客户C1向所确定的服务商上传数据文件F1。
在步骤S205中，所确定的服务商采用梅克尔有向无环(Merkle DAG)数据结构将客户C1上传的数据文件F1分割成多个数据块(例如，每个数据块大小为256K，应理解的是，每个数据块的大小可以根据需要进行调整)进行存储，同时对每个数据块进行哈希运算并将计算出的与每个数据块相对应的哈希值以及与数据文件F1相对应的梅克尔根哈希值存储在区块账本中。应理解的是，还可以采用其它合适的方式来对上传的数据文件进行分块存储。
图3是根据本发明的实施例的示例性下载文件的流程图。
在步骤S301中，客户C1向区块链网络提交下载数据文件F1的请求。具体而言，客户C1可以通过区块链网络中一个节点(例如，连入网络的一台电脑)输入下载数据文件F1的请求指令。
在步骤S302中，响应于下载数据文件F1的请求，区块链网络找出存储数据文件F1的存储节点(例如，根据正在履行的满足存储数据文件F1的存储出租合约)，并且向该存储节点提交与数据文件F1分割成的数据块相对应的两个或多个哈希值。
在步骤S303中，存储节点获取提交的两个或多个哈希值。
在步骤S304中，存储节点根据该两个或多个哈希值，找到存储节点的存储空间中存储的对应于该两个或多个哈希值的当前数据块，并且对找出的这些数据块进行哈希运算得到相应的当前哈希值，再根据当前哈希值计算出对应于与当前数据块相对应的当前主数据文件的当前梅克尔根哈希值。
在步骤S305中，存储节点向区块链网络广播计算出的当前梅克尔根哈希值。
在步骤S306中，存储节点和其余节点分别确定当前梅克尔根哈希值的正确性(即判定当前梅克尔根哈希值和与数据文件F1相对应的历史梅克尔根哈希值是否相同)，并且其余节点会将确定结果反馈给存储节点。
在步骤S307中，如果超过三分之二的节点确定当前梅克尔根哈希值与历史梅克尔根哈希值相同，则执行步骤S308，否则执行步骤S311。
应理解的是，确定当前梅克尔根哈希值与历史梅克尔根哈希值相同的节点的数量(即指定阈值的验证节点的数量)可以根据实际情况进行调整而不局限于三分之二。
在步骤S308中，存储节点生成存在性证明(POE)，存在性证明用于指示数据文件F1存在于存储节点的存储空间中并且当前主数据文件与数据文件F1相同。
在步骤S309中，将POE连同当前出块轮次中打包的交易信息一起保存在区块链账本中，由此形成新的区块并且存储节点出块。
在步骤S310中，客户C1从存储节点的存储空间下载得到数据文件F1。
在步骤S311中，不生成存在性证明(POE)，结束过程。
应理解，本发明的共识方法的应用不局限于以上例示的区块链中下载数据文件的应用场景，它可以应用于任何合适的应用场景。本示例中，由于是首次上传文件，因此找到对应的服务商(节点)后直接进行分块存储，当上传需要存储的新数据文件时，首先计算上传的新数据文件的根哈希值，然后将该计算出的新数据文件的根哈希值与已保存的历史根哈希值比较来确认该新的文件是否尚未被存储过，如果尚未被存储过，则对新数据文件进行分块存储，否则不做处理。在一个实施例中，当用户需要查看某一数据文件时或者以其它方式获取某一数据文件时，同样可以通过本共识方法来证明该数据文件已经被存储。另外应理解的是，在其它实施例中，区块链网络中会存储有多个数据文件，可以由不同于客户C1的其他客户提交下载请求由网络通过本共识方法来实现对该已存储的数据文件的下载。
该区块链共识方法，使得网络中的存储节点通过证明文件的存在性来保障客户的存储需求，并且所有POE都保存在区块链账本中，既可以溯源又可以防伪造，并且该区块链共识方法无需消耗大量CPU计算，同时还能通过奖惩的方式激励网络的参与者以稳定网络的运行，为区块链数据提供了安全保证。
图1、图2和图3中的数据处理方法的流程还代表机器可读指令，该机器可读指令包括由处理器执行的程序。该程序可被实体化在被存储于有形计算机可读介质的软件中，该有形计算机可读介质如CD-ROM、软盘、硬盘、数字通用光盘(DVD)、蓝光光盘或其它形式的存储器。替代的，图1、图2和图3中的示例方法中的一些步骤或所有步骤可利用专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程逻辑器件(EPLD)、离散逻辑、硬件、固件等的任意组合被实现。另外，虽然图1、图2和图3所示的流程图描述了该数据处理方法，但可对该处理方法中的步骤进行修改、删除或合并。
如上所述，可利用编码指令(如计算机可读指令)来实现图1、图2和图3的示例过程，该编程指令存储于有形计算机可读介质上，如硬盘、闪存、只读存储器(ROM)、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、高速缓存器、随机访问存储器(RAM)和/或任何其他存储介质，在该存储介质上信息可以存储任意时间(例如，长时间，永久地，短暂的情况，临时缓冲，和/或信息的缓存)。如在此所用的，该术语有形计算机可读介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储的信号。附加地或替代地，可利用编码指令(如计算机可读指令)实现图1、图2和图3的示例过程，该编码指令存储于非暂时性计算机可读介质，如硬盘，闪存，只读存储器，光盘，数字通用光盘，高速缓存器，随机访问存储器和/或任何其他存储介质，在该存储介质信息可以存储任意时间(例如，长时间，永久地，短暂的情况，临时缓冲，和/或信息的缓存)。
需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种区块链共识方法，所述区块链中包括多个验证节点，所述方法包括：
第一验证节点获取至少两个哈希值；
基于所述至少两个哈希值，所述第一验证节点确定其所存储的当前主数据文件中与所述至少两个哈希值相对应的数据块；
所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算，从而确定与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值；
所述第一验证节点向区块链网络广播所述当前根哈希值；
所述第一验证节点与其余验证节点分别确定所述当前根哈希值是否与历史根哈希值相同；
如果超过指定阈值的验证节点确定所述当前根哈希值与所述历史根哈希值是相同的，则所述第一验证节点生成存在性证明，其中，所述存在性证明用于指示与所述历史根哈希值相对应的历史主数据文件存在于所述第一验证节点中并且所述当前主数据文件与所述历史主数据文件是相同的数据文件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一验证节点为当前出块轮次的出块节点，并且所有验证节点均可以通过各自的存储出租合约出租相应的存储空间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：将所述存在性证明保存在区块链账本中。
4.根据权利要求1所述的方法，所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算，从而确定与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值包括：
所述第一验证节点对所述数据块进行哈希运算得到与所述数据块相对应的当前哈希值；
根据所述当前哈希值计算出与所述当前主数据文件相对应的当前根哈希值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指定阈值为三分之二。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述历史主数据文件通过梅克尔有向无环数据结构分割成多个数据块存储在相应的验证节点中。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时，执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法。
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